Реферат на тему: "Гликолиз и дыхание"
Ганс Адольф Кребс
Ганс Адольф Кребс, 1900-1981 гг.
Родился в еврейской семье отоларинголога в Хильдесхайме, Германия. В 1925 году он получил медицинскую степень в Гамбургском университете и начал проводить исследования в университете Фрайбурга. В 1933 году, вскоре после прихода нацистов к власти в Германии, Кребс эмигрировал в Англию. Там он работал в Оксфордском и Шеффилдском университетах с 1935 по 1954 год. В 1937 году Кребс воссоздал химический цикл, который носит его имя и за который он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1953 году. В Шеффилде он определил относительную концентрацию различных молекул в тканях свиней после вдыхания воздуха.
Химические процессы, используемые для извлечения энергии из углеводов, являются основой метаболизма животных и других организмов.
Химические связи молекул углеводов, в первую очередь шестиуглеродного сахара глюкозы, являются местом хранения солнечной энергии во время фотосинтеза. Накопленная энергия высвобождается и используется для метаболизма после того, как эти молекулы потребляются другими живыми существами в качестве пищи. Это происходит во время процессов дыхания и гликолиза. Ниже приводится краткое описание всего химического процесса:
Представьте, что организм "сжигает" углеводы для получения энергии, чтобы лучше понять эти процессы: глюкоза + кислород = углекислый газ + вода = энергия.
Как следует из названия, взаимодействие начинается с синтетического разделения энергии путем разделения частицы глюкозы на две части, каждая из которых содержит три молекулы углерода. Каждая молекула глюкозы в процессе гликолиза дает две молекулы пировиноградной кислоты. Кроме того, две молекулы АТФ и две молекулы NADPH, которые мы называем "энергетической валютой" клетки, сохраняют энергию глюкозы (см. "Молекулы жизни"). В результате на первой стадии гликолиза высвобождается энергия, которая может быть использована клетками организма.
В ходе так называемых анаэробных процессов пировиноградная кислота превращается в другие органические молекулы в отсутствие кислорода. Пировиноградная кислота, например, превращается в этанол в клетках дрожжей. При недостатке кислорода в мышцах животных, включая человека, пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту, что приводит к хорошо известному ощущению скованности после напряженной физической активности.
Аэробное дыхание, при котором пировиноградная кислота расщепляется на молекулы углекислого газа и воды, высвобождая при этом оставшуюся энергию, хранящуюся в молекуле углевода, - это процесс, при котором энергия высвобождается в присутствии кислорода. Митохондрия, специализированная клеточная органелла, является местом, где происходит дыхание. Сначала у пировиноградной кислоты отщепляется один атом углерода, в результате чего образуется ацетильная группа, двухуглеродная молекула, углекислый газ и энергия (запасенная в одной молекуле NADPH).Цикл Кребса, метаболический центр клетки, является местом, где начинается цепь реакций.
Известное биологическое явление - цикл Кребса, также известный как цикл лимонной кислоты или цикл трикарбоновых кислот. Химическая реакция, которая начинается при соединении одной молекулы, служащей "помощником", и одной молекулы, служащей входом. Эта комбинация запускает ряд дополнительных химических реакций, в результате которых образуются молекулы продуктов и молекулы-помощники, способные возобновить весь процесс. Ацетильная группа, образующаяся при распаде пировиноградной кислоты, служит входящей молекулой в цикле Кребса, а четырехуглеродная молекула щавелевой кислоты служит молекулой-помощником. Эти две молекулы соединяются и образуют шестиуглеродные молекулы лимонной кислоты во время первой химической реакции цикла, что и дало циклу одно из его названий. После этого происходит восемь химических реакций, первая из которых приводит к образованию углекислого газа и молекул переноса энергии, а затем новой молекулы щавелевой кислоты. Цикл Кребса должен быть завершен дважды, чтобы повторно использовать энергию, содержащуюся в одной молекуле глюкозы. Для общего прироста энергии используются две молекулы АТФ, четыре молекулы углекислого газа и десять других молекул, передающих энергию (подробнее о них позже). В конце концов, углекислый газ выходит из митохондрий и высвобождается при выдохе.
С энергетической точки зрения, цикл Кребса завершает извлечение запасенной глюкозой энергии, передает небольшое количество этой энергии молекулам АТФ, а оставшуюся энергию хранит в других молекулах, передающих энергию. Обсуждая энергию синтетических ценных бумаг, нельзя не вспомнить, что для выделения соединенных йотов необходимо завершить работу. )Эта оставшаяся энергия хранится в АТФ и высвобождается из молекул-переносчиков на заключительной стадии дыхания. Пока они не вступают в контакт со специализированными белками, встроенными во внутренние мембраны митохондрий, молекулы, хранящие энергию, перемещаются внутри митохондрий. Как цепочка людей, передающих ведра с водой на пожаре, эти белки берут электроны у переносчиков энергии и начинают передавать их вниз по цепочке молекул, извлекая энергию, хранящуюся в химических связях. АТФ используется для хранения энергии, полученной на каждом этапе. Вода образуется, когда атомы кислорода и электроны соединяются с ионами водорода (протонами) на последнем этапе. По крайней мере 32 молекулы АТФ, которые содержат 90% энергии, содержащейся в исходной молекуле глюкозы, производятся цепью переноса электронов.
Цикл Кребса не только производит энергию, но и очень важен для жизни. В него, помимо глюкозы, могут входить и другие молекулы, которые также образуют пировиноградную кислоту. Например, липиды (жиры) входят в цикл Кребса после предварительного расщепления, потому что во время диеты вашему организму не хватает глюкозы для обмена веществ. Молекулы также могут выходить из цикла Кребса для участия в создании новых белков, углеводов и липидов. В результате цикл Кребса может использовать энергию, которая хранится в различных молекулах, для производства различных молекул на выходе.
Хемиосмотическая связь является довольно вовлеченным этапом в преобразование энергии в цикле Кребса. Этот термин предполагает, что энергия высвобождается не только в результате химических реакций, но и через осмос - медленное просачивание растворов через органические перегородки. На самом деле, электроны от энергоносителей, которые являются продуктами цикла Кребса, перемещаются по транспортной цепи, пока не достигнут белков, встроенных в мембрану, разделяющую внутренний и внешний отсеки (компартменты) митохондрий. Для перемещения ионов водорода (протонов) во внешний отсек, который функционирует как "энергетический резервуар", подобно водохранилищу, образующемуся перед плотиной, требуется энергия электронов. Подобно тому, как вода, падающая на генератор, вырабатывает электричество перед плотиной, отток протонов через мембрану использует энергию для образования АТФ. Вода является одним из побочных продуктов метаболизма, образующихся при соединении ионов водорода и молекул кислорода во внутреннем отсеке митохондрии.
Насколько далеко продвинулось наше понимание живых систем, показывает этот рассказ о гликолизе и дыхании. Простое утверждение о конкретном процессе, например, что метаболизм требует "сжигания" углеводов, подразумевает чрезвычайно глубокое описание сложных молекулярных процессов с участием большого числа отдельных молекул. Чтение классического русского романа похоже на постижение современной молекулярной биологии: вы без труда поймете все реплики персонажей, но к 1423 странице вы можете забыть, кто такой Петр Петрович для Алексея Алексеевича. Точно так же, хотя каждая химическая реакция в только что описанной цепочке кажется понятной, непостижимая сложность процесса удивит вас, когда вы дойдете до его завершения.
